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​可满足电子电器高阻燃、高GWIT要求的阻燃高性能PA6开发

在一些特殊的电子电器领域,如耐高温继电器、高压电器开关、变压器线圈骨架、精巧薄壁电子电器元件、低压真空接触器、断路器等,都需要高阻燃性能、高韧性、高灼热丝起燃温度( GWIT)的热塑性工程塑料。

       图片继电器


高性能阻燃增强工程塑料是电子电器用工程塑料改性的重要方向之一,欧美等国家对电子电气设备用材料进行了一系列火灾安全性试验,结果表明所用材料阻燃性越高,则设备的防火安全性越高。阻燃尼龙(PA)由于具有较好的阻燃性和力学性能,广泛用于电子电器等重要领域。


PA66在强度、耐热等多方面性能优于PA6,但由于众所周知的原因,市场PA6树脂的价格比PA66树脂低约8000元/吨以上,最高时价差达20000元/吨以上。因此,近年来阻燃PA6工程塑料替代阻燃PA66的市场化应用越来越多。


在阻燃PA6工程塑料中,适用的阻燃剂主要有溴系阻燃剂、磷系阻燃剂和氮系阻燃剂。本研究筛选阻燃剂添加量,开发一种高性能、高阻燃、高GWIT、低成本的阻燃PA6工程塑料材料,以用于制造电子元器件中的各类塑件。


1 MCA添加量对改性PA6工程塑料的性能影响


常用氮系阻燃剂MCA,其阻燃机理为升华吸热降低高聚物表面温度,可以加速熔滴,从而带走热量和可燃物,改变热氧降解历程使之快速碳化形成不燃碳质。这些碳质因膨胀发泡而覆盖在基材表面,形成一层隔绝层,隔断了空气的接触及可燃物的逸出,从而可有效地阻止材料持续燃烧;同时,分解产生的不燃气体使材料膨胀形成膨胀层,可大大降低热传导性,有利于材料的离火自熄。


               

MCA阻燃剂


MCA适用于PA66、PA6无玻纤体系,其阻燃效率高、成本低,符合当前环保趋势。MCA添加量为5、8、10、12份,考察其对阻燃PA6工程塑料力学性能和阻燃性能的影响,实验结果见表1。


表1  不同MCA添加量的阻燃PA6工程塑料的性能              

综合MCA的力学性能、阻燃性能、GWIT 和 HDT,最终确定MCA添加质量份数为10份时,阻燃改性PA6综合性能达到最优。


2 十溴二苯乙烷添加量对改性 PA6 工程塑料 的性能影响


十溴二苯乙烷是近年来开发生产的一种新型、广谱、高效、环保的添加型阻燃剂,其溴含量高,且具有耐热性、耐光性和不易渗析性等特点。另外, 十溴二苯乙烷在阻燃时不会产生多溴二噁英问题,毒性较低。十溴二苯乙烷适用于ABS、PS、PA6、环氧树脂等。

               

十溴二苯乙烷


采用10份MCA用于阻燃改性PA6工程塑料的进一步探究,考察固定MCA添加质量份数(10份),十溴二苯乙烷添加量为15-23份不等时对阻燃改性PA6材料的影响,实验结果见表2。


表 2  不同十溴二苯乙烷添加量的阻燃PA6工程塑料的性能       图片         

随着十溴二苯乙烷添加量的增加,材料的拉伸、弯曲和缺口冲击强度都呈下降趋势。材料HDT随着十溴二苯乙烷添加量的增加逐渐上升。根据继电器罩行业标准,材料UL 94阻燃等级选择V-0 (1.6 mm )为优。综合比较,当十溴二苯乙烷添加质量份数为19份时,阻燃改性 PA6 材料力学性能、HDT、UL 94阻燃等级、GWIT综合达到最优。


3 三氧化二锑添加量对改性 PA6 工程塑料的 性能影响


三氧化二锑属于添加型阻燃剂,常与其他阻燃剂、消烟剂并用,各组分间可产生协同效应。三氧化二锑在燃烧初期熔融,在材料表面形成保护膜隔 绝空气,通过内部吸热反应,降低燃烧温度。在高温状态下三氧化二锑被气化,稀释了空气中氧浓度,从而起到阻燃作用。

       图片三氧化二锑


三氧化二锑是应用最早的阻燃剂,适用于环氧树脂、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯 乙烯、聚酯等。单独使用三氧化二锑时阻燃效果低,而当与卤素化物并用时有良好的协同效应,阻燃效果明显提高。


当 MCA 添加质量份数为10份,十溴二苯乙烷质量份数为19份时,阻燃改性 PA6综合性能达到最优。以此为基础,进一步探究三氧化二锑添加量为3-7份时对阻燃改性PA6材料的影响,实验结果见表3。


表 3  不同三氧化二锑添加量的阻燃 PA6 工程塑料的性能       图片        

由表3可知:随着三氧化二锑添加量的增加,材料的拉伸、弯曲强度基本无明显差异,材料的缺口冲击强度随三氧化二锑的添加量增大呈减小趋势,材料HDT随着三氧化二锑添加量的增大呈上升趋势。在材料阻燃方面,当三氧化二锑添加质量份数为5份时,材料的UL 94阻燃等级达到 V-0 (1.6 mm),GWIT达到875℃,已完全满足继电器罩行业标准。综合来看,当三氧化二锑添加质量份数为5份时,材料力学性能、HDT、UL 94 阻燃等级、GWIT 综合达到最优。


结语


  • MCA、十溴二苯乙烷、三氧化二锑合适的添加量对阻燃改性PA6的HDT起到促进作用。
  • MCA、十溴二苯乙烷、三氧化二锑的添加量过多,会导致阻燃 PA6 材料整体的力学性能下降。
  • MCA 复配溴锑阻燃改性 PA6,采用 10 份 MCA,19 份十溴二苯乙烷,5 份三氧化二锑时,可制得 UL 94 阻燃等级为V-0 ( 1.6 mm ) 、GWIT为875 ℃ ,且综合力学性能较为理想的满足继电器罩使用要求的阻燃 PA6工程塑料。


参考资料:满足继电器罩使用要求的高阻燃 PA6 工程塑料开发,互联网资料。


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